V4.1 PSAT: PSK31-Transponder

Niveau: K5 Analysieren

Zeitbedarf: ca. 45 Minuten

Einstiegsfrage:
Ein PSK31-Signal ist nur wenige zehn Hertz breit. Wie soll das bei einem Satelliten funktionieren, dessen Frequenz um mehrere Kilohertz wandert?

Ein Transponder für PSK31

PSK31 ist eine schmalbandige Betriebsart für Tastaturfunk. Sie nutzt BPSK mit 31,25 Baud.

PSAT (OSCAR-Bezeichnung NO-84) war ein CubeSat der US Naval Academy. Den PSK31-Transponder lieferte die Brno University of Technology in Tschechien.

Der Uplink liegt auf 28,120 MHz in USB, der Downlink auf 435,350 MHz in FM. Mehrere Stationen können gleichzeitig arbeiten, jede auf ihrem eigenen Ton.

Prinzip von PSAT: Der Satellit empfängt ein 10-m-USB-Passband und sendet dessen Audio in FM auf 70 cm weiter. Die PSK31-Töne liegen im Audio; nur der Uplink-Doppler verschiebt sie. Eigene Darstellung nach den Angaben von AMSAT (Abruf 20.10.2026).

Der Satellit empfängt ein schmales USB-Passband auf 10 m. Das Audio daraus sendet er in FM auf 70 cm weiter. Am Boden demoduliert ein FM-Empfänger das Signal, die PSK31-Software dekodiert alle Töne im Wasserfall.

Kenndaten von PSAT (NO-84)

Merkmal	Angabe	Quelle
Betreiber	US Naval Academy (USNA), 1,5U-CubeSat	AMSAT, Abruf 20.10.2026
PSK31-Transponder	Brno University of Technology (Tschechien)	AMSAT, Abruf 20.10.2026
Start	20. Mai 2015, Atlas V, Cape Canaveral	AMSAT, Abruf 20.10.2026
NORAD-Nummer	40652	AMSAT, Abruf 20.10.2026
Uplink	28,120 MHz USB, BPSK31	Folie «Aktive Satelliten» 17; AMSAT
Downlink	435,350 MHz FM, BPSK31 im Audio	Folie «Aktive Satelliten» 17; AMSAT
Weitere Nutzlast	APRS-Digipeater 145,825 MHz	AMSAT, Abruf 20.10.2026
Betriebsstatus	[PRÜFEN: aktueller Status, Wiedereintritt]	–
Nachfolger	PSAT-2 (NO-104), Start 25. Juni 2019; laut Wikipedia Wiedereintritt für Februar 2023 vorhergesagt	Wikipedia «PSAT-2», Abruf 20.10.2026

Die Frequenzen stammen aus den Folien von 2017 und galten für den aktiven Satelliten. Prüfe vor jedem Betriebsversuch den aktuellen Status.

Wo der Doppler wirkt

Der Doppler-Effekt skaliert mit der Frequenz. Auf 10 m bleibt er bei einigen hundert Hertz, auf 70 cm erreicht er rund ±10 kHz.

Der Downlink-Doppler betrifft nur den FM-Träger. Die PSK-Töne im Audio bleiben davon unberührt. Den FM-Downlink stimmst du wie bei FM-Satelliten in Schritten nach.

Der Uplink-Doppler dagegen verschiebt deinen Ton im Passband des Satelliten. Ohne Gegenmassnahme läuft er während des Überflugs um mehr als ±600 Hz – ein Vielfaches seiner eigenen Breite.

DopplerPSK

DopplerPSK ist ein Programm von K0SM. Es berechnet den Uplink-Doppler laufend aus den Bahndaten.

Das gesendete PSK31-Signal driftet gegenläufig: Nähert sich der Satellit, sendest du etwas tiefer; entfernt er sich, etwas höher. Am Satelliten kommt der Ton so auf einer festen Frequenz an.

Die Version 0.20 aktualisiert die Korrektur einmal pro Sekunde. Der Autor betont, dass die PC-Uhr genau auf UTC laufen muss.

Zeitpunkt im Überflug

Modell: LEO in 500 km Höhe, Überflug durch den Zenit. Ohne Kompensation wandert dein Ton um rund ±660 Hz durch das Passband. DopplerPSK verschiebt den gesendeten Ton gegenläufig; am Satelliten bleibt er auf der Sollfrequenz.

Simulator-Aufgabe: Doppler auf 10 m und 70 cm

Mit dem Orbit- und Linkbudget-Simulator zeigst du, dass der Doppler mit der Frequenz skaliert. Du vergleichst den Uplink-Doppler auf 28,120 MHz und auf 435,350 MHz zum gleichen Zeitpunkt.

Simulator-Eingaben: Uplink-Doppler bei 28,120 MHz und 435,350 MHz

Schritt und Feld	Wert	Hinweis
1 Orbit wählen: Preset	LEO	Bahnhöhe h notieren (für die Sollwerte)
2 Position Bodenstation: Locator	eigener Locator oder JN36RW	–
3 Satellit: Mode, RX-Frequenz (Uplink)	28,120 MHz	Messung 1
3 Satellit: Mode, TX-Frequenz (Downlink)	435,350 MHz	bleibt für beide Messungen gleich
Zeit	Simulation etwa 1 Minute nach AOS anhalten	Zeitpunkt danach nicht mehr ändern
Messwerte: Doppler Up	ablesen und notieren (D ₂₈)	Messung 1
3 Satellit: RX-Frequenz (Uplink)	435,350 MHz	Messung 2 zum gleichen Zeitpunkt
Messwerte: Doppler Up	ablesen und notieren (D ₄₃₅)	Messung 2
24-h-Verlauf oder Zeitraffer	grössten Betrag von Doppler Up bei 28,120 MHz suchen	tritt kurz nach AOS oder kurz vor LOS auf

[PRÜFEN: Feldbezeichnungen im Simulator und ob 28,120 MHz als Uplink-Frequenz zugelassen ist]

Richtwerte: Auf 28,120 MHz erreicht der Uplink-Doppler höchstens rund 620 bis 680 Hz, je nach Bahnhöhe. Auf 435,350 MHz ist er zum gleichen Zeitpunkt 15,5-mal so gross.

Erwartete Ergebnisse (aus Formeln berechnet, im Simulator zu prüfen)

Grösse	Sollwert	Toleranz
Verhältnis D ₄₃₅ / D ₂₈	435,350 / 28,120 = 15,48	± 1 %
Grösster Betrag Doppler Up bei 28,120 MHz, h = 400 km	677 Hz	± 10 %
… h = 500 km	662 Hz	± 10 %
… h = 600 km	648 Hz	± 10 %
… h = 800 km	621 Hz	± 10 %
Zum Vergleich bei 435,350 MHz, h = 500 km	10,26 kHz	± 10 %

Die Höchstwerte gelten für eine Kreisbahn am Horizont ohne Erddrehung. Die Erddrehung und ein Überflug, der nicht durch den Zenit geht, verändern den Wert um einige Prozent; daher die Toleranz von 10 %.

Kontrollfrage

Der 70-cm-Downlink von PSAT verschiebt sich um rund ±10 kHz, der 10-m-Uplink nur um rund ±660 Hz. Trotzdem kompensiert DopplerPSK nur den Uplink. Warum?

Lösung anzeigen

Der Doppler-Effekt skaliert mit der Frequenz: 435,350 / 28,120 = 15,5. Auf 10 m bleibt die Verschiebung deshalb bei einigen hundert Hertz.
Der Satellit empfängt ein USB-Passband. Jede Uplink-Verschiebung verschiebt deinen PSK31-Ton im Audio des Satelliten. Bei 31,25 Baud ist der Ton nur wenige zehn Hertz breit: 660 Hz sind ein Vielfaches davon.
Der Downlink ist FM. Die Doppler-Verschiebung betrifft nur den FM-Träger. Nach der FM-Demodulation liegen die PSK-Töne wieder dort, wo der Satellit sie empfangen hat.
Darum muss nur der Uplink stimmen. Den FM-Downlink stimmst du wie bei FM-Satelliten in Schritten nach.

Merksatz:
Bei PSAT zählt nur der Uplink-Doppler, denn die PSK31-Töne reisen im FM-Audio. Auf 10 m beträgt er nur einige hundert Hertz; DopplerPSK gleicht ihn aus, indem der gesendete Ton gegenläufig driftet.

Formeln: Doppler bei LEO-Satelliten

Doppler-Verschiebung:

Δ f = f \cdot \frac{v_{r}}{c}

Δf: Doppler-Verschiebung in Hz
f: Sendefrequenz in Hz
v _r: Radialgeschwindigkeit (Änderung der Distanz) in m/s, positiv bei Annäherung
c = 299 792 458 m/s

Grösste Radialgeschwindigkeit:

v_{r, \max} = v \cdot \frac{R}{R + h} v = \sqrt{\frac{G M}{R + h}}

v: Bahngeschwindigkeit in km/s
R = 6371 km, h: Bahnhöhe in km
GM = 398 600 km³/s²
Gilt am Horizont bei einem Überflug durch den Zenit, ohne Erddrehung

Grösste Doppler-Rate:

{(\frac{d f}{d t})}_{\max} = \frac{f}{c} \cdot \frac{v^{2} \cdot R}{(R + h) \cdot h}

df/dt: Doppler-Rate in Hz/s, am grössten beim höchsten Punkt (TCA) eines Zenit-Überflugs
Beispiel h = 500 km: 10,1 Hz/s bei 28,120 MHz, 156 Hz/s bei 435,350 MHz

Wichtig für schmalbandige Signale ist auch die Doppler-Rate. Bei einem Zenit-Überflug in 500 km Höhe ändert sich die Verschiebung auf 28,120 MHz um bis zu 10 Hz pro Sekunde. Formeln findest du auch im Formelblatt

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest

Weiterführend

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